Chapitre 5 | Première STL — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Toutes les équations doivent être équilibrées, avec la bonne flèche. On prend \(K_e=10^{-14}\) à 25 °C.
1. Définir un acide et une base selon Brønsted. (1 pt)
2. Donner la base conjuguée de \(\text{CH}_3\text{COOH}\) et l'acide conjugué de \(\text{NH}_3\). (1 pt)
3. Classer les espèces suivantes en « acide fort », « acide faible », « base forte » ou « base faible » : \(\text{HNO}_3\) ; \(\text{NH}_3\) ; \(\text{NaOH}\) ; \(\text{CH}_3\text{COOH}\). (2 pts)
4. Calculer le pH d'une solution où \([\text{H}_3\text{O}^+]=2{,}5\times10^{-3}\ \text{mol·L}^{-1}\). Est-elle acide ou basique ? (1,5 pt)
5. Calculer \([\text{H}_3\text{O}^+]\) pour une solution de \(\text{pH}=10{,}0\). (1,5 pt)
1. Un acide cède un proton \(\text{H}^+\) ; une base capte un proton \(\text{H}^+\).
2. Base conjuguée de \(\text{CH}_3\text{COOH}\) : \(\text{CH}_3\text{COO}^-\). Acide conjugué de \(\text{NH}_3\) : \(\text{NH}_4^+\).
3. \(\text{HNO}_3\) = acide fort ; \(\text{NH}_3\) = base faible ; \(\text{NaOH}\) = base forte ; \(\text{CH}_3\text{COOH}\) = acide faible. (0,5 pt chacun)
4. \(\text{pH}=-\log(2{,}5\times10^{-3})\approx2{,}6\lt 7\) : solution acide.
5. \([\text{H}_3\text{O}^+]=10^{-10{,}0}=1{,}0\times10^{-10}\ \text{mol·L}^{-1}\).
1. Écrire l'équation de la réaction avec l'eau de l'acide chlorhydrique \(\text{HCl}\) (acide fort) et de l'acide éthanoïque \(\text{CH}_3\text{COOH}\) (acide faible), en choisissant à chaque fois la bonne flèche. (2 pts)
2. Écrire l'équation de l'autoprotolyse de l'eau. (1 pt)
3. Rappeler l'expression du produit ionique de l'eau \(K_e\) et sa valeur à 25 °C. En déduire, par le calcul, le pH de l'eau pure à 25 °C. (2 pts)
4. Une solution basique a \([\text{HO}^-]=5{,}0\times10^{-4}\ \text{mol·L}^{-1}\). Calculer \([\text{H}_3\text{O}^+]\) puis son pH. (2 pts)
1. \(\text{HCl}+\text{H}_2\text{O}\rightarrow\text{Cl}^-+\text{H}_3\text{O}^+\) (simple flèche, totale). \(\text{CH}_3\text{COOH}+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{CH}_3\text{COO}^-+\text{H}_3\text{O}^+\) (double flèche, partielle).
2. \(2\,\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{H}_3\text{O}^++\text{HO}^-\).
3. \(K_e=[\text{H}_3\text{O}^+][\text{HO}^-]=10^{-14}\) à 25 °C. Dans l'eau pure \([\text{H}_3\text{O}^+]=[\text{HO}^-]\), donc \([\text{H}_3\text{O}^+]^2=10^{-14}\), soit \([\text{H}_3\text{O}^+]=10^{-7}\ \text{mol·L}^{-1}\) et \(\text{pH}=-\log(10^{-7})=7{,}0\).
4. \([\text{H}_3\text{O}^+]=\dfrac{K_e}{[\text{HO}^-]}=\dfrac{10^{-14}}{5{,}0\times10^{-4}}=2{,}0\times10^{-11}\ \text{mol·L}^{-1}\), donc \(\text{pH}=-\log(2{,}0\times10^{-11})\approx10{,}7\) (solution basique).
On étudie le couple \(\text{NH}_4^+/\text{NH}_3\) de \(\text{p}K_a=9{,}2\).
1. Que vaut le pH d'une solution où \([\text{NH}_4^+]=[\text{NH}_3]\) ? Justifier. (1 pt)
2. Dans une solution de \(\text{pH}=7{,}0\), quelle espèce du couple prédomine ? Et à \(\text{pH}=11{,}0\) ? (2 pts)
3. Citer deux propriétés d'une solution tampon. (1,5 pt)
4. On veut préparer un tampon de pH proche de \(9\). Expliquer comment l'obtenir à partir du couple \(\text{NH}_4^+/\text{NH}_3\). (1,5 pt)
1. Quand l'acide et sa base conjuguée sont en quantités égales, \(\text{pH}=\text{p}K_a=9{,}2\).
2. À \(\text{pH}=7{,}0\lt9{,}2=\text{p}K_a\) : la forme acide \(\text{NH}_4^+\) prédomine. À \(\text{pH}=11{,}0\gt9{,}2\) : la forme base \(\text{NH}_3\) prédomine.
3. Le pH d'une solution tampon varie très peu lorsqu'on ajoute une petite quantité d'acide ou de base, et lorsqu'on la dilue.
4. On mélange l'acide \(\text{NH}_4^+\) (ion ammonium) et sa base conjuguée \(\text{NH}_3\) (ammoniac) en quantités voisines / égales : le pH s'établit alors autour de \(\text{p}K_a=9{,}2\), proche de \(9\).